Udnyttelse af overskydende kuldioxid

Klumpen af ​​metal, der sidder på et bord i Joel Rosenthals kontor på University of Delaware, ser ud til at høre hjemme i en troldmands lomme. Skinnende sølv med stød af pink og stænk af guld, det hedder vismut, og det bruges i øjeblikket til at fremstille produkter lige fra haglgeværpiller til kosmetik og antacida, herunder Pepto-Bismol.

Men professor Rosenthals forskning udvider bismuths repertoire - han har identificeret en slags magi i metallet, der kan være lige det, lægen bestilte til Planet Earth. Han siger, at det kan hjælpe med at reducere stigende kuldioxidniveauer i atmosfæren og give bæredygtige ruter til fremstilling af brændstoffer.

Rosenthal og hans team i UD's afdeling for kemi og biokemi har opdaget, at bismuth har en usædvanlig egenskab, der kan udnyttes til at hjælpe miljøet - som en kemisk "gnist" eller katalysator til omdannelse af kuldioxid (CO2), en drivhusgas, til flydende brændstoffer og industrikemikalier. Resultaterne er rapporteret i ACS katalyse , et tidsskrift udgivet af American Chemical Society. Rosenthals team har også indgivet patent på værket.

Rosenthal omtaler bismuths specialiserede evne som "katalytisk plasticitet." Når en elektrisk strøm påføres en vismutfilm i et bad af salte væsker indeholdende imidazolium- og amidiniumioner, han og hans team kan "tune" den kemiske reaktion for at omdanne kuldioxid til enten et flydende brændstof såsom benzin, eller til myresyre - et værdifuldt kemikalie med mange industrielle anvendelser - fra konservering af menneskeføde og husdyrfoder, til fremstilling af gummi og læder, kunstige smagsstoffer og parfumer.

Traditionelt, kemikere har haft brug for at skabe en ny katalysator for at fremme hver anden kemisk reaktion, de studerede, fra trin a til b, fra b til c, og så videre, Rosenthal sagde, hvilket gør denne tilgang – ved at bruge én katalysator, der kan skræddersyes eller tunes til effektivt at fremme flere typer reaktioner – særlig ny.

"Vi arbejder på at flytte grænserne for denne idé, " sagde Rosenthal. "Vores nye resultater er vigtige fra et teknologisk synspunkt - vi tror, ​​at denne platform vil tillade vedvarende energikilder såsom sol og vind at drive den direkte produktion af flydende brændstoffer. Men endnu vigtigere, vi mener, at dette koncept om 'katalytisk plasticitet' signalerer et potentielt paradigmeskifte, en ny måde at tænke på omstilling af vedvarende energi, brændstofproduktion og katalyse, generelt."

Rosenthal og hans team har tidligere vist, at vismutfilm kan bruges sammen med visse flydende salte som billige katalysatorer til at omdanne kuldioxid og vedvarende energi til gasformige brændstoffer såsom kulilte. I dette studie, de fandt ud af, at de kunne bruge de samme materialer i nærværelse af forskellige salte til at omdanne kuldioxid direkte til flydende brændstoffer.

"Jeg har været fascineret af katalyseområdet i lang tid, " sagde Rosenthal. "At tænke på, hvordan du kan tage noget billigt og rigeligt og konvertere det til noget meget mere nyttigt og værdifuldt uden at skulle dumpe en masse ekstra energi i det, har altid fanget min fantasi. Der er filosofiske paralleller mellem katalyse og de gamle alkymisters mål. Alkymi er et ladet ord, men på nogle måder, Det, vi studerer, er som moderne alkymi - effektiv omdannelse af kuldioxid til mere værdifulde brændstoffer og kemikalier svarer til at forsøge at omdanne bly til guld."

Hvilken indflydelse kan Rosenthals teknologi have på de nuværende kuldioxidniveauer?

"Det er svært at forudsige den direkte indvirkning på disse niveauer, " sagde han. "Denne teknologi ville give os mulighed for at lave flydende brændstoffer ved hjælp af vedvarende elektricitet fra sollys og vind. Det her, på tur, ville mindske vores behov for konventionelle petroleumsressourcer, resulterer i færre kuldioxidemissioner."

Denne sidste april, Jordens atmosfære nåede sine højeste vedvarende niveauer af kuldioxid, siden mennesker har overvåget den - over 410 ppm i hele måneden - ifølge målinger foretaget på Hawaiis Mauna Loa Observatory.

Rosenthal har arbejdet på udfordringen i næsten otte år og fortsætter med at marchere videre.

"Det er vigtigt for mig at finde kemi til at mindske kuldioxidemissioner og atmosfæriske niveauer. " han sagde.